자연냉매

정의와 핵심 키워드

자연냉매는 자연에 원래 있던 물질이나 자연 순환으로 분해되는 물질을 냉매로 쓰는 것이다.

대표적인 자연냉매는 암모니아, 이산화탄소, 탄화수소다.

ODP가 0이고 GWP가 낮은 것이 특징이며, 독성이나 가연성 같은 단점도 함께 따른다.

등장 배경

오존층 파괴 문제에서 규제가 출발했다. CFC와 HCFC는 단계적으로 줄이기로 했다.

대체 냉매인 HFC는 오존층은 보호하지만 지구온난화 지수가 높아 새 규제 대상이 됐다.

키갈리 개정안과 미국 AIM 법안이 HFC 감축을 이끌고, 자연냉매가 대안으로 떠올랐다.

미국은 2022년부터 2036년까지 HFC를 85% 줄이도록 했다.

자연냉매 3종 비교

세 냉매를 같은 기준으로 비교해 보자.

암모니아는 고효율·저비용이지만 독성이 있고, 구리와 같이 쓸 수 없다.

이산화탄소는 비독성·불연성이나 고압 운전이 필요하다.

탄화수소는 열역학 성질이 우수하지만 가연성이라 충전량을 제한해야 한다.

자연냉매는 환경성이 우수하나 독성, 가연성, 고압 중 하나는 반드시 관리해야 한다.

사이클과 성능계수

자연냉매 시스템도 증기압축식 사이클을 따르므로 구성 요소는 같다.

증발기에서 열을 흡수하고, 압축기가 증기를 압축한 뒤 응축기에서 열을 방출한다.

CO₂는 응축기 대신 가스 냉각기로 작동하는 점이 다르다.

COP는 증발기 흡열량을 압축기 일로 나눈 값이다.

흡열량 1,200kJ/kg, 압축 일 300kJ/kg이면 COP는 4.0이다.

헷갈리는 점: 임계점과 삼중점

CO₂는 임계점과 삼중점을 자주 혼동한다. 둘은 전혀 다른 기준이다.

임계점은 30.98°C, 73.77bar다. 이 온도를 넘으면 응축이 일어나지 않는다.

삼중점은 -58.58°C, 5.18bar다. 이 압력 아래로 팽창하면 드라이아이스가 생겨 막힐 수 있다.

정리

마지막으로 자연냉매의 핵심을 정리한다.

자연냉매는 ODP가 0이고 GWP가 낮은 자연계 물질을 쓰는 냉매다.

독성, 가연성, 고압 중 하나는 반드시 관리해야 한다는 점이 핵심이다.

시험에서는 냉매별로 장단점을 하나씩 대응시켜 쓴다.